Verfahren zur Eigenschaftsverbesserung von Faserstoff-Formteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eigen- schaf⁺ sverbesserung, insbesondere der Wasserbeständigkeit und mechanischen Festigkeit von aus zellulosehaltiger Faserstoff-Aufschlämmung durch Pressen erzeugten Formteilen, bei dem die Formteile einem Unterdruck ausgesetzt, dann mit einem geeigneten fließfähigen Harz benetzt, einer Druckerhöhung unterworfen und anschließend ausgehärtet werden. `

[0002] Nach dem heutigen Stand der Technik werden derartige beispielsweise in den DE-PSen 803 019 und 803 085 beschriebene Formteile in wesentlichen Stückzahlen hergestellt, teilweise durch oberflächliche Imprägnierung mit Kunstharzen in ihrem Eigenschaftenbild wünschenswert abgerundet, und überall dort technisch eingesetzt, wo die damit erzielbaren Endeigenschaften mit den gestellten Anforderungen gezielt in Einklang zu bringen sind. Große Anwendungsbereiche finden solche Formteile derzeit u.a. als Träger von Innenausstattungsteilen im Kraftfahrzeugbau sowie als Material für Lautsprechermembranen.

[0003] Das Ziel ist eine Verbesserung der Eigenschaften von Faserstoff-Formteilen, um mit diesen das Eigenschaftsniveau von Kunststoff-Formteilen zu erreichen und dabei gleichzeitig den bekannt hohen Anteil von verfügbaren und regenerierbaren Rohstoffen zu nutzen.

[0004] Aus der DE-PS 864 917 ist ein Verfahren zum Veredeln von geformten Massen aus Fasermaterialien, wie Holz oder Zellulosefasern, bekannt, nach welchem diese Stoffe mit Diisocyanaten unter Druck imprägniert werden, wobei das Imprägniermittel dann mit oder ohne Druck ausgehärtet wird. Durch dieses bekannte Verfahren wird die Oberflächenhärte erhöht und die Wasserquellbarkeit des Holzes stark vermindert. Um das Eindringen des Harzes in das Faserstoff-Formteil unter Druck zu ermöglichen, wird das Harz mit einem Lösungsmittel, z.B. Butylacetat, versetzt. Dieses bekannte Verfahren hat verschiedene Nachteile. Zum einen erhöht die Verwendung eines Lösungsmittels den wirtschaftlichen Aufwand für die Durchführung des Verfahrens. Ferner müssen Maßnahmen getroffen werden, um das Lösungsmittel zu verdunsten, wobei Umweltbelastungen vermieden werden müssen. Schließlich erfordert der Aushärtevorgang die Anwendung von Druck, um ein Austreten des Harzes aus dem Faserstoffgefüge zu vermeiden. Der gesamte Behandlungszyklus dauert dabei mehrere Stunden.

[0005] Bei der Imprägnierung von Holz mit Vinyl-Monomeren hat man gemäß DE-Z "Holz als Roh- und Werkstoff", 1968, Seite 110, Referat 7.2.4 die Teile auch schon einem Unterdruck ausgesetzt und im Unterdruck mit Harz benetzt. Anschließend wurde der Druck auf Atmosphärendruck erhöht und nach vier Stunden das überschüssige Harz entfernt, worauf der Druck auf 21 bar erhöht wurde und die Teile für 18 Stunden diesem Druck ausgesetzt wurden. Danach erfolgte ein langsamer Druckabbau während 1,5 Stunden.

[0006] Neben der ebenfalls stundenlangen Imprägnierungsdauer ist bei diesem bekannten Verfahren vor allem von Nachteil, daß bei Verwendung eines mit dem Fasermaterial reaktiven Harzes die gesamte eingesetzte Harzmenge anreagiert wäre und für eine weitere Verwendung daher nicht mehr zur Verfügung stehen könnte. Die wirtschaftliche Ausbeute bei diesem bekannten Verfahren ist daher in zweierlei Hinsicht ungenügend. Außerdem ist auch hier offensichtlich eine Aushärtung nur unter höherem Druck (20 atü) möglich, um tropfen- und läuferfreie Oberflächen zu erhalten.

[0007] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein durch bessere Harzausnutzung und kurzzeitigere Imprägnierungsbehandlung gekennzeichnetes wirtschaftlicheres Imprägnierungsverfahren für Faserstoff-Formteile anzugeben, wobei keine Tropfen- und Läuferbildung an den Oberflächen der imprägnierten Formteile auftreten soll.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren vorgeschlagen.

[0009] Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gestellte Aufgabe gelöst, denn die Imprägnierungszeit kann auf eine nur Minuten währende Dauer verkürzt werden. Darüber hinaus steht das noch im Unterdruck von den benetzten Formteilen getrennte und daher nicht anreagierte Harz für nachfolgende weitere Imprägnierungen zur Verfügung, wodurch die wirtschaftliche Ausbeute stark erhöht wird.

[0010] Bekanntlich können flüssige isocyanatgruppenhaltige Mono-, Oligo- und/oder Polymere mit Inhaltsstoffen von Holz-und/oder Zellulosestoffbestandteilen chemisch zu Festkörpern reagieren und gemeinsam mit diesen einem Härtungsprozeß, wie beispielsweise in -"Polyurethane in der fünften Dekade"- v. G. Oertel KUNSTSTOFFE 1/81 - erwähnt, unterzogen werden, ohne einer weiteren Komponente, wie z.B. eines Polyols zu bedürfen. Daneben ist die vorhandene relativ hohe Gas- und/oder Flüssigkeitsaufnahme und -durchlässigkeit bei den genannten Faserstoff-Formkörpern typisch.

[0011] Weiterhin ist die Empfindlichkeit von flüssigen technischen Isocyanaten gegenüber den mit ihnen reaktionsfähigen Bestandteilen von Kontaktstoffen im Hinblick auf unerwünschte Veränderung der Lieferformen bzw. der ihrer Lagerstabilität bekannt.

[0012] Die Nachbehandlung von Faserstoff-Formteilen wird dementsprechend mit isocyanathaltigen, flüssigen Harzen unter Bedingungen durchgeführt, die die Flüssigkeitsaufnahme der Formteile ausnutzen und gleichzeitig den Kontakt der mit Isocyanatgruppen reagierenden Formteil-Inhaltsstoffen mit dem Harz überall da sicher ausschließen, wo außerhalb des Teiles die Lagerstabilität der Flüssigphase erhalten bleiben muß.

[0013] Wesen und Inhalt der Erfindung besteht demnach in einem wirtschaftlichen Verfahren, das die Durchdringung von Faserstoff-Formteilen mit einem geeigneten Isocyanatharz gewährleistet, dabei den Kontakt von Inhaltsstoffen der Formteile mit nicht in diese eingedrungenen Harzanteilen sicher ausschließt. Die Aushärtung des eingedrungenen Harzanteils erfolgt durch chemische Reaktion mit Inhaltsstoffen der Teile. Die Reaktionsprodukte lagern sich an das Fasergefüge an, fixieren und dichten es weitgehend ab.

[0014] In bevorzugter Ausführungsform gelangt ein ungiftiges Isocyanatharz, das in Viskosität, Reaktivität, NCO-Gehalt und chemischer Struktur auf die Flüssigkeitsaufnahme und den Gehalt an Reaktionspartnern des Faserstoff-Formteils sowie die gewünschten Endeigenschaften hin abgestimmt ist, derart zur Anwendung, daß das Harz mit vorzugsweise bereits entgasten Formteilen zur Benetzung in Kontakt gebracht wird und durch Druckerhöhung in die Formteile eindringt.

[0015] Die Formteile können sich im gleichen Behälter über einem Isocyanatharz-Flüssigkeitsspiegel befinden. Nach Erreichen des gewünschten Vakuums im Behälter, etwa 30-- 100 Torr, überflutet das Harz die Teile. Die Faserstoff-Formteile werden noch im Unterdruck von überschüssiger Flüssigkeit getrennt, nachdem an diesen oberflächlich angelagertes Harz abläuft. Bei der Druckerhöhung, bevorzugt im Bereich von Atmosphärendruck bis etwa 20 bar, dringt dann ausschließlich das Quantum des noch an den Teilen anhaftenden Harz-Flüssigkeitsfilmes ein und Tropfen- und Läuferbildungen sind ausgeschlossen.

[0016] Anschließend kann die Aushärtung in einem separaten Behälter bei erhöhter Temperatur erfolgen.

[0017] In weiterer bevorzugter Ausführungsform finden diese Vorgänge in einem dreh- und/oder kippbaren Unter- und/oder Überdruckgefäß statt, wobei durch Drehung des Gefäßes um 180° der Tauchvorgang von Formstoff-Formteilen in ein Isocyanatharzbad und durch Umkehrung oder weitere Drehung die erneute Trennung beider Komponenten stattfindet.

[0018] Nach den genannten Ausführungsformen werden die mit dem einkomponentigen Isocyanatharz behandelten Faserstoff-Formteile üblichen, ggf. die Härtung forcierenden Bedingungen ausgesetzt, während der unbeanspruchte Anteil des Harzes für Wiederholungen des Vorgangs verfügbar bleibt und bei Bedarf mit Frischware aufgefüllt wird.

[0019] Der Faserstoff kann mit mechanisch hochfesteren Fasern angereichert werden, um deren spezifische Eigenschaften intrastrukturell in die Endeigenschaften des.nachträglich verstärkten Formteils einzubeziehen.

[0020] Die neuen Möglichkeiten, die sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben, führen zu preiswerten verstärkten Faserstoff-Formteilen, die vorwiegend aus regenerierbaren, langfristig verfügbaren Rohstoffen bestehen und dabei diesen Teilen bisher nicht bekannte Eigenschaften wie u.a. Wasser- und Wetterbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit, Überlackierbarkeit auch mit lösungsmittelhaltigen Systemen sowie die Möglichkeit zu universellen Krafteinleitung verleihen und somit in den aussichtsreichen Wettbewerb mit handelsüblichen Formstoffen, die vergleichbare Eigenschaften aufweisen, treten bzw. für Faserstoff-Formteile völlig neue Anwendungsbereiche erschließen können.

Beispiel:

[0021] Fünf handelsübliche FIBRIT^R-Träger (PKW-Türverkleidung) werden in einem Gitterkäfig übereinander mit einem Abstand von ca. 10 mm fixiert und in einem Deckel-Tank, der 300 ltr eines handelsüblichen MDI-Harzes enthält, über dem Flüssigkeitsspiegel an geeigneten Einbauten befestigt.

[0022] Nach Verschließen des Deckels wird der gesamte Tank bei einer Temperatur von 35° C bis zu einem Druck von 0,07 bar evakuiert und nach 5 Min. um 180° gekippt. Dabei gelangen die FIBRIT^R-Träger in die Harzflüssigkeit, verbleiben dort 30 s und kommen durch Kippen um weitere 180° in die Ausgangsstellung zurück. - Nach dem Belüften des Tanks und Öffnen des Deckels sind die Teile frei von größeren anhaftenden Flüssigkeitsrückständen und werden einige Stunden bei 95° C gehärtet.

[0023] Die Gewichtszunahme der Teile beträgt 24,5 - 26,0 Gew.-%. Die verstärkten Formteile sind kochbeständig und zeigen einen gegenüber dem Ausgangswert um das 3,Sfache gestiegenen E-Modul im Biegeversuch. Freibewitterung zeigt nach 18 Monaten außer Vergilbung keinen negativen Befund. Der überschüssige Harzanteil verändert sich durch diese Arbeitsweise in Viscosität und NCO-Gehalt nicht meßbar.

Ansprüche

1. Verfahren zur Eigenschaftverbesserung, insbesondere der Wasserbeständigkeit und mechanischen Festigkeit von aus zellulosehaltiger Faserstoff-Aufschlämmung durch Pressen erzeugten Formteilen, bei dem die Formteile einem Unterdruck ausgesetzt, dann mit einem geeigneten fließfähigen Harz benetzt, einer Druckerhöhung unterworfen und anschließend ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet , daß der unbeanspruchte Anteil von isocyanathaltigem Harz und die Formteile noch im Unterdruck voneinander getrennt werden.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei parallele röhrenförmige Behälter, deren Innenräume über Verbindungsstücke, wie Rohrstücke oder einen über die ganze Länge der Behälter oder einen Teil derselben verlaufenden Kanal miteinander verbunden und an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen sind, und die um eine zur Behälterachse parallele Achse gemeinsam drehbar gelagert sind, wobei mindestens ein Behälter über einen an seinem einen Ende angeordneten Deckel zugänglich ist und der andere eine verschließbare Flüssigkeitszufuhr- öffnung besitzt.